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Artigo submetido ao Curso de Engenharia Civil da UNESC - como requisito parcial para obtenção do Título de Engenheiro Civil

REAPROVEITAMENTO DE RESÍDUOS DE ARENITO DA FORMAÇÃO BOTUCATU EM INFRAESTRUTURA RODOVIÁRIA

Fábio dos Santos Colares (1), Pedro Arns (2)

UNESC – Universidade do Extremo Sul Catarinense

(1)[email protected], (2)[email protected]

RESUMO

Apesar de o Brasil ser um país de dimensões continentais, o principal meio de transporte é o rodoviário. Para que as rodovias suportem as cargas que por elas transitam, deverão ser projetas e executadas conforme as normas, pois são responsáveis pelo escoamento de aproximadamente 70% de toda a produção de manufaturados, industriais e agrícolas produzidas no país. Neste trabalho, buscou-se pesquisar e estudar um material nobre, oriundo da exploração de jazidas da Formação Botucatu, situada no sul de Santa Catarina, no município de Santa Rosa do Sul, da qual se extraem vários produtos usados na construção civil, dentre outras finalidades. Desta forma procurou-se dar uma utilidade ao material residual proveniente das jazidas, para a sua utilização na pavimentação de rodovias e vias urbanas. Este estudo foi todo conduzido e realizado no Laboratório de Mecânica dos Solos (LMS) do Instituto de Engenharia e Tecnologia (IDT) da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC. Constituiu-se o mesmo da caracterização física, compreendendo os ensaios de granulometria, limite de liquides (LL) e limite de plasticidade (LP), bem como dos ensaios mecanísticos, correspondentes aos ensaios de Compactação, do Índice de Suporte Califórnia (I.S.C) e Expansão. Os resultados obtidos do I.S.C foram expressivos, além da baixa Expansão, nos permitindo, assim, afirmar que o material estudado é de excelente qualidade, podendo ser utilizado como camada constituinte de um pavimento, tanto para tráfego leve, médio e, mesmo, para tráfego pesado, podendo ser utilizado como sub-base e base. Logo, o mesmo poderá substituir os materiais comumente utilizados como camadas de um pavimento, os quais têm custos mais elevados, podendo gerar uma economia significativa na execução de uma rodovia ou de uma via urbana, principalmente em municípios próximos a estas. Palavras-Chave: Rodovias, Pavimento, Arenito Botucatu, Residuais, Economia.

1. INTRODUÇÃO

A rochas da Formação Botucatu pertencem à Bacia do Paraná, constituída

basicamente por arenitos, originados por depósitos de areia, em ambientes

desérticos, ao longo de milhões de anos.

mailto:[email protected]

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2 Artigo submetido ao Curso de Engenharia Civil da UNESC -

como requisito parcial para obtenção do Título de Engenheiro Civil

UNESC- Universidade do Extremo Sul Catarinense – 2015/01

Os arenitos da Formação Botucatu são utilizados na extração de blocos ou pisos

regulares para a construção civil, e é feita rudimentarmente por trabalhadores da

região.

O processo de silicificação observado em grande parte dos arenitos da Formação Botucatu forneceu a essa rocha características que favorecem seu manuseio e permitem que sejam utilizadas em diferentes produtos como placas de rocha para revestimentos, pisos, calçamentos, muros, palanques, mesas, molduras de portas e janelas, batentes e muitos outros. (MONTANHEIRO et al., 2011, p 240).

Os materiais extraídos são comercializados para atender uma expressiva demanda,

para fins diversos. Porém, a extração dos mesmos gera um volume de rejeitos não

aproveitados, que são despejados ao pé da própria jazida. Como este trabalho visa

dar um destino ao entulho, proveniente da extração de pedras regulares do arenito,

principalmente como camada de um pavimento de rodovia ou em vias urbanas.

Rochas arenosas de várias formações geológicas da Inglaterra foram testadas, com resultados positivos de testes físicos e mecânicos para utilização em estradas, demonstrando que existem materiais de alta qualidade para revestimento de estradas representado por arenitos e sedimentos com potencial de utilização como materiais de construção (pedra para construção, pedra de revestimento, enrrocamento, agregado de sub-base, agregado de acabamento e enchimento e concreto. (MINEROPAR, 1999).

A região do extremo sul catarinense possui várias jazidas, abrangendo os

municípios de Turvo, Jacinto Machado e Santa Rosa do Sul, na qual se localizam as

jazidas cujo material é objeto de estudo, conforme mostram a figura 1.

Figura 1: Localização das Jazidas.

FONTE: Google earth




1.1 Mineralogia dos arenitos

O mineral comumente encontrado nos arenitos, em sua grande maioria, é o quartzo,

conforme consta em um estudo mineralógico feito no arenito: "As rochas são

essencialmente quartzosas, ou seja, caracterizadas como quartzo-arenito, segundo

a classificação de Dott (1964), as quais são compatíveis com os estudos das

amostras de sub-superfície realizados por Gesicki (2007)". (MINEROPAR et al.,

2011).

1.2 Contexto geológico

As duas jazidas de arenito do presente trabalho, fazem parte de pequenas áreas

isoladas respectivamente, onde estão localizadas dentro de uma região que é

caracterizada como Depósitos de Barreira Pleistocênica (Planície Lagunar), como

estão descrita no estudo de DIEHL, F.L. & HORN FILHO, (1996):

As fácies sedimentares da barreira pleistocênica são interpretadas como originadas em ambiente praial e marinho raso, recobertos por sedimentação eólica. Os sedimentos são constituídos por areias quartzosas, fina a média de coloração amarelo-claro até acastanhado, eventualmente contendo estruturas sedimentares do tipo estratificação cruzada acanalada. Os sedimentos eólicos que os recobrem, compõem-se de areias quartzosas, bimodais, de coloração amarelo-acastanhado até avermelhado, muitas vezes enriquecido em matriz secundária composta por argilas e óxidos de ferro.

De acordo com o estudo de DIEHL, F.L. & HORN FILHO, (1996), quando fala-se de

Planícies Lagunares, estas são consideradas depósitos sedimentares recentes

geologicamente, de idade quaternária. Porém, as jazidas em estudo são

consideradas depósitos sedimentares consolidados antigos, de idade jurássica a

cretácea.

1.3 Objetivo geral

Estudo do rejeito da exploração do arenito da Formação Botucatu, localizado no

município de Santa Rosa do Sul/SC para o uso em pavimentação rodoviária.




1.4 Objetivos específicos

Coleta de amostras para ensaios físicos de granulometria, LL, LP.

Ensaios mecânicos de Compactação para obter densidade máxima e

umidade ótima do mesmo, além do ensaio de Índice de Suporte Califórnia (I.S.C) e

da Expansão.

2. MATERIAIS

Foram coletadas várias amostras de material residual, proveniente da exploração do

arenito em seu estado natural, de duas jazidas localizadas no Bairro Glórinha -

Santa Rosa do Sul/SC, que foram encaminhados ao Laboratório de Mecânica dos

Solos (LMS) do Instituto de Engenharia e Tecnologia (IDT) da Universidade do

Extremo Sul Catarinense (UNESC). As amostras foram homogeneizadas e

preparadas, a qual foi utilizada para a realização dos ensaios de caracterização

mecânica e física de acordo com as suas respectivas normas.

As figuras 1, 2 e 3 mostram o material já destorroado e peneirado na peneira 4 (4,8

mm), além da extração, e o rejeito depositado ao pé da jazida, respectivamente.

Figura 2: Resíduo de arenito homogeneizado e passante na peneira 4,8 mm.

FONTE: Fábio dos Santos Colares, 2015




Figura 3: Extração de blocos de arenito.


Figura 4: Resíduos gerados na extração, depositado.


2.1 MÉTODOS

A partir da coleta das três amostras do rejeito de arenito em campo e transportado

ao LMS, os mesmos foram devidamente preparados através de destorroamento e

fragmentação. A seguir juntaram-se as mesmas, transformando-as numa única

amostra, a qual foi submetida aos seguintes procedimentos:




Caracterização física, pelos ensaios de granulometria, de acordo com

norma NBR 7181/84, pelo LL da norma NBR 6459/84, (DNER - ME 122-94), LP pela

NBR 7180/84 (DNER-ME 82-94);

Com os resultados obtidos da caracterização física, classificou-se o

material de acordo com a Highway Research Board (antigo HRB), hoje

Transportation Research Board (TRB);

Os ensaios mecânicos de compactação, do I.S.C e o da Expansão,

pela NBR 7182/86 (DNER 49-74);

Com a execução dos ensaios de compactação nas Energias do P.N.,

P.I. e P.M., obteve-se as densidades máximas aparentes e as umidades ótimas de

cada uma, de acordo com os gráficos 3, 6 e 9;

Para a obtenção da curva resultante do I.S.C e da expansão, foram

moldados 3 (três) corpos de prova, para cada energia, variando a umidade em 2

(dois) pontos percentuais abaixo e acima da umidade ótima, obtida na compactação;

Realizou-se ainda, o ensaio de Difração de Raios-X (DRX), para

identificação da predominância de minerais cristalizados contidos no material, o qual

não foi normatizado até o presente.

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 Contexto mineral

O presente estudo não representa a quantidade de mineral, mas ilustra picos de

quartzo cristalizado, obtido pelo ensaio de Difração de Raios-X, realizado pelo

Laboratório de Engenharia de Materiais do Instituto Científico e Tecnológico

(IPARQUE) da UNESC, como mostra o Gráfico 1.




Gráfico 1: Representação de picos de mineral.

FONTE: Lab. de Eng. de Materiais, IPARQUE (UNESC), 2015

O gráfico demonstra vários ciclos de intensidade de quartzo, confirmando-se o

mineral que na maioria dos arenitos é normalmente encontrado, sendo o único

presente na amostra.

5.2 Caracterização física do arenito

A granulometria da amostra de arenito, mostra que mais de 90% do material passou

na peneira número 10 (2 mm), e quase 60% ficou retido na peneira número 200

(0,074 mm), como pode ser observado na tabela 2.

Tabela 1: Valores retidos das frações granulométricas.

Peso Total de cada

fração (g) Percentagem

Retida (%)

Peneira Material Retido (g)

500 100,00 Nº (mm)

Fração Grossa

4 4,800 13,93 2,79

10 2,000 42,62 8,52

Fração Fina

120 100,00

16 1,190 1,80 1,50

30 0,590 5,02 4,18

40 0,420 6,47 5,39

50 0,300 10,67 8,89

100 0,150 44,09 36,74

200 0,074 70,44 58,70





De acordo com a classificação TRB afirma-se que é uma areia fina, contendo,

também pequenas quantidades de areia média, grossa, pedregulho e silte. Por

tratar-se praticamente de uma areia em que a quantidade de material passante na

peneira número 200 (0,074 mm) foi insuficiente, não houve condições da realização

dos ensaios de LL e LP, considerado, portanto, um material Não Plástico (NP) e Não

Líquido (NL).

Obtidos os pesos retidos de cada peneira, traçou-se a curva granulométrica na qual

estão representados os valores constantes no gráfico 2.

Gráfico 2: Curva granulométrica.


De acordo com os resultados de, Granulometria, além de caracterizado como NP e

NL, classificam-se os solos em um grupo de materiais granulares, ou materiais silto-

argilosos, onde esta forma, pela classificação da TRB, trata-se de um material A-4,

de acordo com a figura 5.




Figura 5: Classificação TRB.

FONTE: Classificação TRB – AASHTO (DNER, 1996).

5.3 Comportamento mecanístico do arenito da Formação Botucatu

5.3.1 Energia Proctor Normal

Para obter os três pontos percentuais mencionados, compactou-se na Energia P.N.

os cinco pontos, tendo como resultado uma umidade ótima de 11,0%, para a qual

atingiu a densidade máxima de 1,875 g/cm³, como mostra o gráfico 3.

Gráfico 3: Curva de Compactação na Energia do P.N..





O gráfico 4, mostra o comportamento da curva de I.S.C, utilizando-se a Energia do

P.N., com 3 (três) teores de umidade obtidos pela curva de Compactação do gráfico

3.

Gráfico 4: Curva do I.S.C, na Energia do P.N..


O resultado é significativo, mostrando que no ramo seco atingiu-se a maior

resistência a penetração, resultando em 21,1% na umidade ótima, atingindo neste

teor um I.S.C aceitável para uma sub-base. Observa-se pela curva gerada, uma

queda acentuada quando houve o aumento de umidade na amostra, significando

que o comportamento do material na presença de água acima da umidade ótima não

é recomendado. Além de atingir um I.S.C adequado para a sub-base, o material

atingiu uma expansão no teor de umidade ótima de 0,03% e a máxima no ramo

seco de 0,05%, como mostra o gráfico 5.

Gráfico 5: Curva da expansão na Energia do P.N..





Contudo é permitido afirmar que o material nesta energia, pode ser utilizado como

sub-base de um pavimento, pois satisfaz as especificações ou normas de que o

I.S.C seja maior ou igual a 20,0% e a expansão menor ou igual a 1%.

5.3.2 Energia Proctor Intermediária

A curva do gráfico 6 mostra os cinco pontos de umidade, obtendo a densidade

máxima de compactação no valor de 1,939 g/cm³, na umidade de 9,5%.

Gráfico 6: Curva de Compactação da Energia do P.I..


Com a identificação do valor de umidade ótima, além dos dois pontos percentuais

acima e abaixo, obteve-se a curva conforme os resultados de I.S.C dos três pontos,

como mostra o gráfico 7.




Gráfico 7: Curva I.S.C, da Energia do P.I..


Ao aplicar a Energia do P.I., obteve-se uma curva, em que o I.S.C máximo é

coincidente com o teor ótimo de umidade, e que tanto no ramo seco quanto no

úmido há uma queda do mesmo. A análise da curva nos permite afirmar, que o

material em estudo, além de servir como camada de sub-base, pode servir como

base, quando se tratar de tráfego leve para médio, de acordo com o DNER/1996,

desde que atenda as demais características supracitadas no trabalho, além do

Equivalente de Areia. As normas e especificações determinam que para as camadas

de sub-base e de base se aplique sempre, no mínimo, a Energia Intermediária.

O gráfico 8 mostra o comportamento da expansão, quando o corpo de prova fica na

condição submersa, e compactado na Energia P.I., atingindo 0,04% na umidade

ótima, além de obter 0,12% no ramo seco.

Gráfico 8: Curva da expansão da Energia do P. I..





5.3.3 Energia Proctor Modificada

Estabeleceu-se a umidade ótima através da curva de compactação na Energia P.M.,

atingindo uma densidade máxima de 1,984 g/cm³, no teor de umidade igual a 9,6%,

verificado no gráfico 9.

Gráfico 9: Curva de Compactação da Energia do P. M..


O gráfico 10 apresenta o comportamento da curva de I.S.C, na condição submersa

dos três pontos percentuais obtidos da compactação, moldado na Energia P.M..

Gráfico 10: I.S.C, da Energia do P.M..





Observa-se no gráfico, que quando o arenito é submetido a uma Energia do P.M., o

seu I.S.C é máximo no ramo seco, superior a 80,0%, enquanto que na umidade

ótima é praticamente 70,0%.

A expansão se manteve praticamente zero em todas as energias, atingindo na

umidade ótima da Energia P.M. 0,04%, e máxima no ramo seco de 0,09%, como

mostra no gráfico 11.

Gráfico 11: Curva da expansão da Energia do P.M..


5.4 Análise dos resultados

Os resultados obtidos nas três energias, empregados na moldagem dos corpos de

prova foram expressivos, demonstrando que o material pode ser utilizado como sub-

base em rodovias de tráfego médio a pesado, e como base para tráfego leve a

médio, principalmente em vias urbanas. Logo, o uso do arenito, com as

características apresentadas no presente trabalho, quando utilizado como base em

vias urbanas, ou como sub-base em vias de alto tráfego, pode gerar uma economia

significativa.

O gráfico 12 demonstra o comparativo dos resultados de I.S.C obtidos nas 3 (três)

energias.




Gráfico 12: Comparação dos resultados de I.S.C nas três energias.


Pela análise do gráfico 12, depreende-se que a curva gerada na Energia do P.N., se

diferencia das do P.I. e P.M.. Observa-se que no P.N. gerou quase uma reta, onde o

I.S.C máximo se da no ramo seco. Já a curva gerada pela Energia P.I., a mesma

inicia com I.S.C baixo, atingindo o valor máximo na umidade ótima, caindo

significativamente no ramo úmido. Por fim, ao utilizar-se a Energia P.M., o I.S.C

máximo se dá no ramo seco, havendo uma queda leve até a umidade ótima , a partir

da qual se intensifica. No gráfico, observa-se, ainda, que no ramo úmido, as curvas

do P.I. e P.M. mostram um paralelismo entre si, demonstrando que nestas energias

o volume de vazios de uma para outra, é pouco alterável, ou seja, pela baixa

diferença de resistências de ambas, é mais viável trabalhar na Energia do P.I.. Os

resultados constantes na tabela 3 expressam de forma clara a representação do

gráfico 12, além das expansões.




Tabela 2: Resultado I.S.C e expansão conforme a umidade, nas três energias.

Umidade (%) I.S.C (%) Expansão (%)

Proctor Normal

9,0 42,7 0,05

11,0 21,1 0,03

13,0 3,2 0,00

Proctor Intermediário

7,5 43,9 0,12

9,5 66,1 0,04

11,5 20,2 0,03

Proctor Modificado

7,6 82,0 0,09

9,6 69,7 0,04

11,6 24,2 0,02


6. CONCLUSÕES

Analisando os rejeitos dos resíduos de arenito da Formação Botucatu do presente

trabalho, observa-se que, por ter uma boa resistência ao destorroamento e à

fragmentação, e também por ter variados formatos e tamanhos, recomenda-se uma

britagem primária, para a diminuição dos tamanhos de resíduos do mesmo. Os

ensaios foram realizados com o material passante na peneira número 4 (4,8 mm)

conforme determina as normas, porém, em rodovias utilizar-se-á o mesmo em

granulometrias maiores, preenchidas com finos, e que poderá ocorrer o aumento do

suporte de carga superior ao de laboratório.

Mesmo que não tenha sido executado o estudo econômico e de viabilidade, verifica-

se a economia que pode ser proporcionada com a utilização deste material, pois o

mesmo pode substituir as camadas granulares pétreas, na qual tem custos mais

elevados.

Deverá ser feito um estudo dos custos de transportes dos respectivos materiais,

para verificação do seu custo final, quando da execução do pavimento com o

material do presente estudo, se realmente é viável.

Desta forma, além de estar-se reaproveitando o rejeito como parte integrante de um

pavimento, mantém-se limpo e desimpedido o local de trabalho para extração dos

blocos, pisos, entre outros.




A verificação em pistas experimentais, análises de custos e viabilidade deste

material, são sugestões para trabalhos futuros.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Análise granulométrica: NBR 7181. Rio de Janeiro, 1984.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Determinação do Limite de Liquidez: NBR 6459. Rio de Janeiro, 1984.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Determinação do Limite de Plasticidade: NBR 7180. Rio de Janeiro, 1984.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Ensaio de compactação: NBR 7182. Rio de Janeiro, 1986.

COUTINHO, João Camilo Penna. Dimensionamento de pavimento asfáltico. Comparação do método do DNER com um método mecanístico - empírico aplicado a um trecho. UFOP, Ouro Preto. p. 93-96, 2011.

DIEHL, F.L. & HORN FILHO, N.O., 1996. Compartimentação geológico-

geomorfológica da zona litorânea e planície costeira do Estado de Santa

Catarina. Notas Técnicas, 9, 39-50.

KREBS, A. S. J. Contribuição ao conhecimento dos recursos hídricos subterrâneos da bacia hidrográfica do rio Araranguá, SC. 2004. 375 f. Tese (Doutorado em Geografia) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2004.

MINERAIS DO PARANÁ S.A. Perfil da Indústria de agregados. Programa de desenvolvimento da indústria mineral paranaense. Curitiba, 1999.

MONTANHEIRO, T.J. et al. Investigação tecnológicas de arenitos silicificados da Formação Botucatu (NE do Paraná) para o uso como rocha de revestimento. Geociências, UNESP, São Paulo. v. 30, n. 2, p. 237-251, 2011.

SERVIÇO GEOLÓGICO DO BRASIL. Mapa geológico do estado de Santa Catarina. Brasília, 2014.

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